兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 3345-3358.doi: 10.12382/bgxb.2023.0547
所属专题: 群体协同与自主技术
收稿日期:
2023-06-01
上线日期:
2023-08-28
通讯作者:
基金资助:
Received:
2023-06-01
Online:
2023-08-28
摘要:
协同定位和环境感知技术是无人集群实现自主导航的基石,但受制于大规模无人集群系统小型个体平台的计算、载荷、带宽等资源所限,诸多相关技术难以实际部署应用。为实现资源约束下大规模无人集群的精准定位与环境感知,提出一种基于半直接法的轻量化协同视觉SLAM算法,设计融合光流法和直接法的半直接特征点跟踪方法,采用集中式双向通讯策略,使得大规模无人集群系统在面对通讯干扰和延迟时拥有较高的容错率,同时兼具准确性和快速性。基于EuRoC数据集和实际物理环境对算法开展对比实验,结果表明:新算法的实时性能平均提升60%,显著优于其他基于特征法的协同视觉SLAM算法;在丢包率小于40%以及通讯延迟低于0.1s的低质量通讯环境中,新算法定位精度更高、鲁棒性更强。
中图分类号:
曹昊哲, 刘全攀. 基于半直接法的无人集群协同视觉SLAM算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3345-3358.
CAO Haozhe, LIU Quanpan. Unmanned Swarm Collaborative Visual SLAM Algorithm Based on Semi-direct Method[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(11): 3345-3358.
算法 | 数据集 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
MH_01 | MH_02 | MH_03 | V2_01 | V2_02 | ||
DSO | 0.057 | 0.092 | 0.198 | 0.077 | 0.095 | |
COVINS | 0.041 | 0.060 | 0.056 | 0.042 | 0.053 | |
CCM-SLAM | 0.106 | 0.092 | 0.156 | 0.202 | 0.098 | |
Agent1 | 0.035 | 0.056 | ||||
无协同 | Agent2 | 0.032 | 0.087 | |||
Agent3 | 0.029 | |||||
协同 | 0.028 | 0.030 | 0.027 | 0.047 | 0.062 |
表1 定位精度对比
Table 1 Comparison of positioning accuracy m
算法 | 数据集 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
MH_01 | MH_02 | MH_03 | V2_01 | V2_02 | ||
DSO | 0.057 | 0.092 | 0.198 | 0.077 | 0.095 | |
COVINS | 0.041 | 0.060 | 0.056 | 0.042 | 0.053 | |
CCM-SLAM | 0.106 | 0.092 | 0.156 | 0.202 | 0.098 | |
Agent1 | 0.035 | 0.056 | ||||
无协同 | Agent2 | 0.032 | 0.087 | |||
Agent3 | 0.029 | |||||
协同 | 0.028 | 0.030 | 0.027 | 0.047 | 0.062 |
算法 | 数据集 | ||||
---|---|---|---|---|---|
MH_01 | MH_02 | MH_03 | V2_01 | V2_02 | |
CCM-SLAM | 37.82 | 35.31 | 34.20 | 38.57 | 31.13 |
COVINS | 17.67 | 13.60 | 12.28 | 13.83 | 13.04 |
本文算法 | 6.72 | 6.58 | 7.87 | 7.51 | 10.22 |
表2 跟踪1帧图像所花费的平均时间
Table 2 Average time spent tracking a frame of image ms
算法 | 数据集 | ||||
---|---|---|---|---|---|
MH_01 | MH_02 | MH_03 | V2_01 | V2_02 | |
CCM-SLAM | 37.82 | 35.31 | 34.20 | 38.57 | 31.13 |
COVINS | 17.67 | 13.60 | 12.28 | 13.83 | 13.04 |
本文算法 | 6.72 | 6.58 | 7.87 | 7.51 | 10.22 |
图30 4辆无人车同时运行时从无人平台到地面站的通讯带宽
Fig.30 Communication bandwidth from the unmanned platforms to the ground station when four unmanned vehicles are running at the same time
图31 4辆无人车同时运行时从地面站到无人平台的通讯带宽
Fig.31 Communication bandwidth from the ground station to the unmanned platforms when four unmanned vehicles are running at the same time
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